一种高精度的静态道岔综合测量方法与流程

本发明属于轨道维护设备领域，尤其涉及道岔的测量。

背景技术：

1、道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备，也是轨道的薄弱环节之一，通常在车站、编组站大量铺设。有了道岔，单线铁路，铺设道岔，修筑一段大于列车长度的叉线，就可以对开列车。道岔在铁路线路上起到重要作用。

2、铁道在运行过程中与列车之间产生摩擦，护轮轨、尖轨侧面等容易被磨损，从而对铁道的安全性和稳定性造成影响。道岔磨损产生时，道岔的工程精度降低，严密性等受到影响。定期检查是养护道岔工作的基本构成，定期检查工作主要是根据根据铁路实际的运行情况和运行公里数，检查道岔的框架尺寸。

3、道岔框架尺寸是指在道岔基本轨长度以内测量，直基本股作用边与曲基本股作用边之间的垂直距离。道岔框架尺寸是衡量一组道岔是否存在工电结合部问题的标准，框架尺寸测量能够准确判断道岔结合部的磨耗问题。

4、传统的框架尺寸需要使用卷尺进行测量，为了解决道岔框架尺寸的测量问题，目前出现了很多新的测量设备。

5、联杰机电的lj-szjc型数显支距尺，该显支距尺包括了一个设有刻度的尺体，尺体的一端设有t形卡头，另一端活动连接有游标。在使用时利用t形卡头卡在轨道内侧，另一端通过游标与对侧轨道接触，测量道岔的数据。但是该设备仅能测量支距点尺寸。

6、除开支距尺外，其余类似：尖轨降低值测量设备，仅支持尖轨高度的测量；轨距尺，只能测量轨距、护背距离、查照间隔。这些仅能支持测量一个特定工位的数值，且存在较大的人为测量误差，每次外出测量不仅需要带较多的测量设备，而且单个位置需要多次测量，数据需要人为读数和记录和数据对比，因此工作人员的工作非常量大，且多次测量的数据一致性和精度都较差。

7、中国专利文件cn202420517685.6《一种客专道岔辙叉降低值测量装置》，公开了精确的测量客专道岔辙叉降低值测量装置，包括水平尺和数显游标尺。其中，水平尺中部固定安装数显游标尺；同时水平尺通过其上套接的两个滑块吸附固定于两侧翼轨轨顶面的中心位置，通过观察水平尺上安装的水平泡，调整两侧滑块高度，确保水平尺水平。由此通过横向移动水平尺的方式，带动数显游标尺横向移动，由数显游标尺分别测量特征断面位置两根轨件的高度，高度差即为该位置处的降低值。但是该装置在使用时，需要多次移动测量不方便，且没有固定位置，测量准确度受影响。

8、中国专利文件cn202422482590.8《一种铁路道岔用检测结构》，公开了包括调节把手，所述调节把手的底部固定连接有检测组件，所述检测组件的底部转动连接有两个滑动组件，所述调节把手的表面套设有防滑套；所述滑动组件包括转动杆，所述转动杆的底部固定连接有连接架，所述连接架的左侧和右侧均螺纹连接有螺纹杆，两个螺纹杆相反的一侧均固定连接有调节块，两个螺纹杆相对的一侧均转动连接有框架，能够解决现有的多数是直接摆放在道岔的顶部。但是该装置测量的数据较为单一。

9、中国专利文件cn202411921474.x《多用途轨距尺》，公开了包括：伸缩测量尺、控制器、两条轨顶测量尺及两组信号发射接收器。伸缩测量尺用于根据输入的信息两端自动向外伸出设定的长度，以搭接支撑并定位于相邻两条钢轨上。两条轨顶测量尺用于根据输入的信息分别自动向下滑动伸出设定的距离，并分别紧靠两条钢轨的内侧壁。两组信号发射接收器用于相互进行信号的发射和接收，以测量两条钢轨上设置高度位置间的轨距，或在两条轨顶测量尺不在同一竖直平面内平行时，指导控制器调整两条轨顶测量尺的位置状态使两者位于同一竖直平面并平行。本发明轨距尺，结构简单、检测效率高、可极大提高轨距尺测量的适应范围和测量精度，并可实现更远距离的轨距测量。但是该装置采用机械传动管理结构，使整体精度不能够得到保证，在采取高精度加工的情况下，该装置的重量又得不到很好地控制。

10、现有道岔检测方式存在以下不足：

11、1）检测的一些设备均为独立的，一个设备仅能支持测量一个特定工位的数值，比如说：尖轨降低值测量设备，仅支持尖轨高度的测量；支距尺，仅能测量支距点尺寸；轨距尺，只能测量轨距、护背距离、查照间隔，且存在较大的人为测量误差。导致每次外出测量需要带较多的测量设备。

12、2）框架尺寸需要使用卷尺进行测量，存在“搭红”的隐患和精度较差的问题。

13、3）数据需要人为读数和记录和数据对比，存在较多的工作量。

14、4）某些位置没有固定的测量设备和方法，导致测量数据精度较低。

15、5）机械测量设备，如卷尺、游标卡尺、支距尺等均会受到热胀冷缩的影响导致设备的精度在不同季节使用时存在较大的偏差。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种道岔测量工具,以解决背景技术中的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

3、一种高精度的静态道岔综合测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

4、步骤1：在道岔上放置测量本体，测量本体的一端安装基准点，基准点紧靠轨道内侧，在测量本体上安装移动滑块、反射点和零位，移动滑块上集成激光测距模块和增量式磁栅尺；

5、步骤2：操作移动滑块至零位磁栅强制清0，激光测距模块记录绝对距离，用作激光数据与磁栅数据对齐的初始基准；

6、步骤3：操作移动滑块，使移动滑块上的测量点精确对准待测点；在测量位置处，同时高频采集来自激光测距模块的当前绝对距离数据和来自增量式磁栅读数头的当前相对位移数据；

7、步骤4：将激光测距模块和增量式磁栅尺测得的数据进行数据融合，对含有噪声的测量数据进行估计，从而得到更精确的测试结果。

8、进一步的，所述步骤4中的数据融合，具体包括步骤如下：状态预测、观测、噪声处理、数值更新、结果输出。

9、进一步的，所述步骤3中，设系统状态向量为在时刻估计的滑块相对于零位的真实距离，设过程噪声，设观测噪声，。

10、进一步的，所述状态预测步骤中，铁路道岔的测量是针对具体测量点位的静态测量，真实距离在测量瞬间不变，预测公式为：，。

11、进一步的，所述观测步骤中，。

12、进一步的，所述噪声处理步骤中，观测噪声协方差矩阵。

13、进一步的，所述数值更新步骤中：

14、首先判断新观测值对于状态估计的权重；

15、其次将预测值与观测残差相结合；

16、更新后判断状态预测的确定性；

17、最后输出结果。

18、本发明的技术方案具有以下优点：

19、1.高精度、高稳定性：通过激光和磁栅的智能融合，并辅以卡尔曼滤波的优化，将系统整体测量精度稳定控制在0.3mm以内，远超单一激光测距仪，且比纯磁栅尺系统更具鲁棒性，有效应对环境干扰和潜在误差，为精密测量提供可靠的高精度数据。

20、2.大范围绝对值测量：测量范围200mm-1700mm，完全覆盖各种工件、结构或轨道等特定尺寸的测量需求。激光的绝对测距能力确保了整个测量过程的绝对定位，避免了纯增量式测量常遇到的需要反复校准零点的问题。

21、3.鲁棒性强：磁栅抗油污、灰尘、强光和电磁干扰能力强；激光非接触，避免磨损。两种技术互补，系统抗环境干扰能力强，适应恶劣工况。

22、4.误差修正能力：卡尔曼滤波算法能够有效抑制随机误差，并通过激光的绝对值提供磁栅误差（如跳脉冲）的实时校正机制，显著提升了测量的可靠性。

23、5.操作简便、自动化程度高：减少了传统人工测量的繁琐步骤，降低了对操作人员技能的要求，同时测量结果直观显示，提升了测量效率。

24、6.高性价比：相较于进口或定制化的超高精度测量设备，本发明在达到相同或更高精度的同时，具有更低的制造成本和维护成本，更具市场竞争力。

25、7.产品可以升级使用绝对式的磁栅尺读头，但是成本会更高，但可以减少使用过程的回零作业。